黃 田，杜國勇

（西南石油大學化學化工學院，成都610500）

1 前 言

含油污泥是石油開采過程中產(chǎn)生的廢棄物。它是一種由原油、泥砂、水及少量化學藥劑和部分工業(yè)雜質(zhì)形成的多相混合物，呈黏稠膏狀或較黏流體，性質(zhì)穩(wěn)定，油、泥砂、水等組分難于分離［1］。含油污泥常伴有惡臭氣體產(chǎn)生，含有重金屬、鹽類以及苯系物等有害物質(zhì)，如果不及時處理，對環(huán)境有污染隱患。

目前，國內(nèi)外含油污泥的處理方法一般有焚燒法、熱解析法、生物處理法、熱化學洗滌法、溶劑萃取法、固化處理法等［2－4］。其中許多方法存在成本高、回收率較低等問題，實際應用效果不大。如熱解和溶劑萃取技術雖然回收率較高，但工藝較復雜，技術不成熟，設備投資費用高，并且萃取劑多為有毒有機溶劑，環(huán)境危害大。同時，由于油泥中常含有大量助劑，使得原油提取難度加大，回收的原油也不宜煉制［5］。熱化學洗滌法［6］污泥產(chǎn)量大，回收率較低。固化處理法［7－8］是應用較為普遍的技術，但存在如下缺點：①固化劑加量大，往往還需要添加多種促凝劑，藥劑成本高；②固化時間長，一般要15～30天才能使固化體達到一定的抗壓強度；③存在環(huán)境污染風險。固化只是把含油污泥的污染物暫時固結(jié)在固化體內(nèi)，并沒有從根本上將污染物去除。從短期來看，污染物被封閉起來，減少了向外界的擴散，減輕了對環(huán)境的影響；但是，從長期來看，泥漿中的污染物可能會與固化劑發(fā)生反應。同時，固化劑的穩(wěn)定性也有時效性。固化體長期暴露于自然界中，經(jīng)一系列的物理、化學、生物等作用，固化劑有可能失效，導致污染物逸出。生物處理法周期長［9－10］，占地面積大，易受氣候影響限制，對高含油污泥和含有生物毒性成分的污泥不適用。

本課題以某油田污水處理廠沉降罐底油泥為研究對象，針對其自身特點，提出先脫水再干化的技術路線，通過實驗考察脫水劑種類、脫水劑加量、陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）加量及干化劑加量對處理效果的影響。

2 實 驗

2.1 材料和儀器

材料：CPAM（相對分子質(zhì)量1.0×107，工業(yè)級，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)，使用時配制成0.5%水溶液，作絮凝劑用）；脫水劑A，B，C，D，E（均為分析純，屬于強電解質(zhì)，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)）；氧化鈣（分析純，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)）；煤粉（市售蜂窩煤粉碎后過20目篩）。

儀器：101－2型電熱鼓風干燥箱、1mm×1mm金屬濾網(wǎng)、NDJ－8SN數(shù)字黏度計、燒杯、量筒、電子天平、電熱爐、玻璃棒、表面皿。

2.2 分析方法

2.2.1 含水率 稱取一定量的油泥w1，將其置于烘箱中，于40℃ 下烘干至恒重，稱其質(zhì)量，記為w2。含水率的計算公式為：

2.2.2 含油量和固含量 將烘干后的的油泥置于電熱爐中，在800℃進行加熱，待充分燃燒（殘渣呈灰白色）后，準確計量灰分的質(zhì)量，記為w3。含油量和固含量計算公式為：

2.2.3 pH值 用廣泛試紙測定溶液的PH值。

2.2.4 黏度 用NDJ－8SN數(shù)字黏度計測定黏度。

2.3 實驗樣品

實驗用油泥為某油田污水處理廠沉降罐罐底油泥，泥樣呈黑色，并伴有惡臭氣味，體系穩(wěn)定。取樣前將油泥充分搖勻，以使其具有代表性。油泥的組成及性質(zhì)見表1。從表1可以看出：油泥的含水率和含油量均較高，有利用價值；油泥的黏度較小，流動性好；固含量較低，接近于水，難以與水分離。

表1 油泥組成及性質(zhì)

2.4 實驗過程及方法

實驗過程包括脫水和干化兩個階段。

（1）脫水過程：主要進行脫水劑（A，B，C，D，E）的篩選、確定脫水劑和CPAM的適宜加量。

實驗步驟：①將原生油泥充分搖勻，取50g；②加入脫水劑（具體加量由實驗確定），以100r/min快速攪拌5min；③加入一定量（具體加量由實驗確定）的CPAM溶液，以100r/min速率快速攪拌2min，再加入一定量的CPAM溶液，以30r/min速率慢速攪拌1min；④在常壓和環(huán)境溫度下，固液兩相于金屬濾網(wǎng)（1mm×1mm）上進行自然分離，直到無水濾出為止。絮凝效果的好壞以絮體大小、脫出水量和脫水油泥含水率為依據(jù)。

實驗過程中為了使CPAM與油泥充分混合，又不會由于快速攪拌將已形成的絮凝體打碎，在加入脫水劑并快速攪拌后，先加入一定量的CPAM溶液快速攪拌，使CPAM與油泥混合均勻，再加入一定量的CPAM溶液慢速攪拌，為形成較大絮凝體創(chuàng)造條件。

（2）干化過程：主要進行干化劑的篩選、確定脫水油泥與干化劑的混合比例以及晾曬時間，并進行燃燒實驗。

實驗步驟：將脫水油泥按不同比例與干化劑混合，攪拌均勻后，于自然光下晾曬，并考察晾曬時間與泥餅干化程度的關系。待干化呈顆粒狀后，于電熱爐中灼燒。

需要注意的是，油泥脫水后，濾液不能直接排放，需進一步處理。由于油泥中的可燃物質(zhì)主要為石油類，可能會存在二次污染問題，可通過增加相應的除塵和煙氣處理單元來控制。

3 結(jié)果與討論

3.1 脫水劑的篩選

依次選用A，B，C，D，E 5種脫水劑，分別考察其脫水效果。脫水劑加量為油泥質(zhì)量的2%，CPAM的加入量為：快速攪拌前加入10mg（200 mg/L，相對于油泥量），慢速攪拌前加入20mg（400mg/L，相對于油泥量）。實驗結(jié)果見表2。

表2 不同脫水劑脫水效果

從表2可以看出，向油泥中加入脫水劑A和脫水劑B后，都有很好的分離效果，脫出水清澈；加入脫水劑C，泥水分離困難，分離水中含有很多細小顆粒，渾濁；加入脫水劑D，油泥基本上沒有變化，無法脫水；加入脫水劑E，油泥體積迅速膨脹，無法脫水。因此，脫水劑初步選擇A和B。

3.2 脫水劑的不同加量對脫水效果的影響

分別按1%，2%，3%，4%，6%，8%（相對于油泥質(zhì)量）的不同比例加入脫水劑A，考察脫水劑A的加入量對脫水效果的影響。CPAM的加入量為：快速攪拌前加入10mg，慢速攪拌前加入20mg。重復以上步驟考察脫水劑B加入量的影響，實驗結(jié)果見表3。

表3 脫水劑不同加量對脫水效果的影響

從表3可以看出，隨著脫水劑A的增加，脫出水量不斷增多，泥餅含水率也逐漸降低。脫水劑A加量（w）為2%時，泥餅含水率達到64.4%，降幅較大。當加量（w）大于2%時，泥餅含水率下降趨于平緩，繼續(xù)增加脫水劑A對降低脫水油泥含水率沒有明顯效果。因此，脫水劑A的加量（w）以2%為宜。同理分析，脫水劑B的加量（w）以4%為宜。

從實驗現(xiàn)象上看，在原生油泥中加入脫水劑A或脫水劑B，不同加入量下均能形成較大、密實度高的絮凝體，沉淀性能好，固液兩相分離明顯。因此，脫水劑A和脫水劑B均有很好的脫水效果。從經(jīng)濟上考慮，由于脫水劑A的市場價格較B低廉，并且脫水劑A的用量少。因此，綜合考慮，以選用脫水劑A為宜。

3.3 快速攪拌過程CPAM加量的影響

采用脫水劑A，加量為油泥質(zhì)量的2%，考察在快速攪拌時，CPAM加量分別為2.5，5，10，15，20mg時對脫水效果的影響。慢速攪拌時CPAM的加入量為20mg。實驗結(jié)果見表4。

表4 快速攪拌過程CPAM加量對脫水效果的影響

從表4可以看出，快速攪拌過程中，CPAM加量對脫水油泥含水率的影響不大。從實驗現(xiàn)象來看，加入CPAM 2.5mg和5.0mg時，含油污泥固液分離效果不是很好，絮體松散，分離水中含有很多細小顆粒；當CPAM加量達到10.0mg時，分離效果好，分離出來的水清澈，絮體大，密實度也高。因此，快速攪拌過程中，CPAM的加量以10.0mg（200mg/L）為宜。

3.4 慢速攪拌過程CPAM加量的影響

采用脫水劑A，加量為油泥質(zhì)量的2%，考察在慢速攪拌時，CPAM加入量分別為10，15，20，25，30，40mg時，對脫水效果的影響?？焖贁嚢钑rCPAM的加入量為10mg。實驗結(jié)果見表5。

表5 慢速攪拌過程CPAM加量對脫水效果的影響

從表5可以看出，總體上，CPAM的加量對脫水油泥含水率影響不大。隨著CPAM的增加，脫出水量增加幅度不大。當CPAM加量大于25mg后，脫出水量開始減少，但減少幅度不大。這可能是因為加入的CPAM量過多，以至于將水包住，反而分離不出來。從實驗現(xiàn)象來看，當CPAM加量為20mg時，分離效果好，絮體密實度高，脫出水清澈，基本上不含細小顆粒。因此，慢速攪拌過程中，CPAM的加量以20mg（400mg/L）為宜。

綜上所述，含油污泥最佳脫水條件為：采用脫水劑A，加量為2%（w），快速攪拌前CPAM加量為200mg/L，慢速攪拌前CPAM加量為400mg/L。在此條件下對含油污泥進行處理，能形成較大的絮凝體，沉降性能好，固液兩相明顯分離。

4 脫水油泥干化實驗

在最佳脫水實驗條件下，對含油污泥進行脫水處理，然后對所得脫水油泥進行干化實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)，將脫水油泥于自然光下放置1天后，其含水率進一步降低，但是，其黏度很大，易產(chǎn)生黏結(jié)現(xiàn)象，不易造粒和運輸。因此，油泥脫水后不宜直接干化。本實驗采用將脫水油泥與氧化鈣或煤粉混合的方法，對脫水油泥進行干化、降黏處理。

4.1 脫水油泥加氧化鈣混合干化

在脫水油泥中分別加入5%，10%，15%，20%（w）的氧化鈣，然后，在自然光下晾曬，考察氧化鈣不同加入量對干化效果的影響。實驗結(jié)果表明：當氧化鈣加量（w）為5%時，脫水油泥已變得較為干燥，質(zhì)地較軟而不易分散。此后，再增加氧化鈣的量，脫水油泥進一步變干，但油泥仍不易分散，并且較軟。因此，氧化鈣加量（w）以5%為宜。表6為脫水油泥中加入5%（w）氧化鈣混合后，考察不同晾曬時間的干化效果。混合有5%（w）的氧化鈣的脫水油泥經(jīng)晾曬3～4h后，可成顆粒狀，不結(jié)塊，不黏結(jié)。再于電熱爐（800℃）上灼燒10～15min，明火引燃即可燃燒。

表6 加入氧化鈣后不同晾曬時間的干化效果

4.2 脫水油泥加煤粉混合干化

按脫水油泥與煤粉質(zhì)量比為3∶1，2∶1，1∶1，1∶1.5，1∶2分別加入煤粉，然后在自然光照射下晾曬，考察煤粉不同加量對干化效果的影響。實驗結(jié)果表明：當脫水油泥與煤粉按質(zhì)量比1∶1.5混合后，質(zhì)地較軟而較易分散。將其晾曬3～4h后，顆粒較硬，容易分散，不黏結(jié)，呈顆粒狀。于電熱爐（800℃）上灼燒10～15min，明火引燃即可燃燒。

從上述實驗可以看到，脫水油泥與氧化鈣或煤粉混合后，經(jīng)簡單晾曬，均能成顆粒狀，造粒效果好，可以作為燃料利用，回收熱值。為減少氧化鈣所帶來的成本問題，同時考慮到煤本身就是一種燃料，可提高污泥干化物的熱值，干化劑選煤粉為宜。

5 結(jié) 論

（1）采用脫水－干化的方法對某油田污水處理廠沉降罐底油泥進行處理，只需簡單的攪拌和過濾，就可達到較好的脫水效果；脫水油泥經(jīng)與煤粉混合干化后，不需要額外添加引燃劑，可作為燃料利用，能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

（2）最佳脫水條件為：脫水劑A投加量（w）2%，快速攪拌過程中CPAM加量200mg/L，慢攪過程中CPAM加量400mg/L。經(jīng)處理后，油泥含水率從85%左右降至65%左右，油泥體積可減少1/3左右。

（3）脫水油泥在與煤粉混合［m（脫水油泥）∶m（煤粉）＝1∶1.5］后，能很快干化，并且不黏結(jié)，不結(jié)塊，可制成粉煤或型煤，能與燃煤混燒。

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